Enceinte ultra-vide au DESY-NanoLab, dans laquelle l'analyse spectroscopique a été réalisée pour caractériser la nature de la liaison formée par les molécules d'acide oléique. Crédit :DESY, Heiner Müller-Elsner
Des matériaux classiques comme la céramique, les métaux et les polymères ont leurs propriétés mécaniques typiques. Ils sont durs, mou, tendre, fort, souple ou rigide. Les chercheurs de Hambourg ont maintenant synthétisé un matériau qui réunit plusieurs propriétés différentes, et pourrait ainsi ouvrir la voie à de nouvelles applications en génie médical et en fabrication. Les scientifiques de l'Université de technologie de Hambourg (TUHH), l'Université de Hambourg, le Helmholtz Center Geesthacht et DESY ont présenté leur nouveau nanocomposite dans la revue Matériaux naturels . Cette nouvelle classe de matériau pourrait par exemple convenir pour le comblement de caries dentaires, ou la fabrication de boîtiers de montres. Les matériaux utilisés dans des applications comme celles-ci doivent être à la fois durs et résistants aux dommages.
Les chercheurs ont développé une nouvelle technique qui produit un matériau à la fois résistant, dur et raide. Pour y parvenir, les scientifiques ont d'abord utilisé une procédure standard, largement utilisé lorsque l'on travaille avec des nanoparticules, grâce à quoi des nanoparticules d'oxyde de fer céramique sont déposées dans un réseau régulier. Ceci est fait à l'aide d'acide oléique organique, qui s'infiltre dans les espaces étroits entre les nanoparticules et les maintient ensemble.
« L'auto-organisation de ces nanoparticules conduit à une extension, supercristal étroitement emballé rappelant les réseaux cristallins atomiques, " explique l'un des auteurs, Axel Dreyer du TUHH. La découverte cruciale est qu'en exposant ensuite le matériau à des niveaux de chaleur modérés, le nanocomposite obtenu présente une cohésion beaucoup plus forte et ses propriétés mécaniques ne ressemblent à aucune autre.
Image au microscope électronique à transmission haute résolution des nanoparticules d'oxyde de fer, immergé dans l'acide oléique. Crédit :TUHH
A la plus petite échelle, la structure du nouveau matériau ressemble à celle des tissus durs biologiques, comme la nacre et l'émail dentaire. Il se compose de nanoparticules d'oxyde de fer de taille uniforme, qui sont enrobés d'acide oléique. Dans des études antérieures, les liaisons entre les molécules d'acide oléique étaient très faibles et dues aux forces dites de Van der Waals. En séchant et pressant le matériau à une température élevée puis en appliquant un traitement thermique contrôlé, le scientifique a maintenant réussi à créer un lien beaucoup plus fort entre les molécules d'acide oléique, améliorant ainsi sensiblement les propriétés mécaniques du nanocomposite.
Étant donné que l'acide oléique est très souvent utilisé lors du traitement d'autres nanoparticules, cette nouvelle méthode pourrait potentiellement améliorer les propriétés mécaniques d'un grand nombre d'autres nanocomposites. Les propriétés de liaison de l'acide oléique, qui sert d'adhésif, ont été examinés spectroscopiquement par le personnel du DESY-Nanolab. "Nos mesures ont montré que les molécules d'acide oléique survivent au traitement thermique et forment des réticulations supplémentaires au cours du processus, " rapporte le co-auteur Andreas Stierle, un scientifique de premier plan à DESY. "Cette découverte importante peut servir de base pour modéliser avec succès les propriétés mécaniques de ce nouveau matériau."
